Super304H奧氏體鋼焊接接頭組織與性能研究.pdf

1、節(jié)能和環(huán)保要求新建現(xiàn)代化發(fā)電廠必須提高生產(chǎn)效率,而作為最成熟的潔凈煤發(fā)電技術(shù)之一的超超臨界(USC)機(jī)組則成為目前火力發(fā)電的共同發(fā)展趨勢,使其20年來在國內(nèi)外得到了快速的發(fā)展,而這又首先得益于高溫性能優(yōu)良的新型耐熱鋼成功的開發(fā)和應(yīng)用。中國USC機(jī)組中高溫過熱器和再熱器的高溫段大都采用的是Super304H鋼,但目前對Super304H鋼焊接接頭的深入研究報(bào)道較少,因此研究焊接接頭的組織與性能、尤其在高溫時(shí)效條件下接頭的組織結(jié)構(gòu)變化及其與

2、性能之間關(guān)系研究,不但對確保機(jī)組的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,而且對于鋼材的應(yīng)用和監(jiān)督、實(shí)現(xiàn)鋼材的國產(chǎn)化都有實(shí)際意義。
　　 本文綜合應(yīng)用會相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜分析儀、透射電子顯微鏡、電子探針、X-射線衍射儀,以及常溫力學(xué)性能試驗(yàn)、高溫持久試驗(yàn)和電化學(xué)動(dòng)電位再活化法等手段,研究了Super304H鋼焊接接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)及其對性能影響,高溫時(shí)效條件下Super304H鋼焊接接頭的微觀組織變化規(guī)律、析出相在焊接和時(shí)效過程

3、中的變化、以及這些變化對接頭常溫力學(xué)性能、高溫持久強(qiáng)度和晶間腐蝕性的影響,探討了接頭的弱化機(jī)理,解明了焊接工藝對接頭性能影響的關(guān)鍵因素。
　　 在供貨狀態(tài)下Super304H鋼的微觀組織為晶粒細(xì)小的γ-基體+析出相,γ晶粒尺寸均勻細(xì)小。析出相主要由Nb(C,N)和富Cu相組成,Nb(C,N)有呈方向性分布的尺寸較大的條塊狀和呈彌散分布的細(xì)小顆粒狀兩種形態(tài),富Cu相尺寸均勻細(xì)小呈彌散分布。在焊接條件下Super304H鋼焊接接頭的

4、微觀組織為γ+析出相,焊縫為典型的胞狀枝晶形態(tài),而靠近熔合區(qū)的熱影響區(qū)晶粒有明顯長大現(xiàn)象。接頭中的析出相主要是Nb(C,N)和富Cu相,在焊縫枝晶界處分布有顆粒狀或蠕蟲狀的Nb(C,N)。
　　 經(jīng)最高1350℃高溫處理后,Super304H鋼基體組織仍為單一的γ相,溫度低于1100℃時(shí)γ晶粒緩慢長大,高于1150℃時(shí)晶粒尺寸急劇長大。在高溫處理過程中析出相的種類有Nb(c,N)、富Cu相、M23C6和NbCrN,隨溫度不同,析

5、出相發(fā)生析出或溶解的變化,同時(shí)它們的形態(tài)、分布和數(shù)量也呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,由此引起Super304H鋼的沖擊韌性和顯微硬度產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此,Super304H鋼長期工作溫度不宜超過700℃,為提高接頭的抗高溫蒸汽氧化性,需盡可能控制其在1150℃以上溫度區(qū)域停留的時(shí)間,并應(yīng)該通過改善冶金條件來細(xì)化焊縫組織。
　　 經(jīng)過600℃-700℃高溫時(shí)效后,Super304H鋼焊接接頭的微觀組織仍為γ+析出相,基體組織特征基本沒發(fā)生

6、變化,析出相主要是Nb(C,N)、富Cu相和M23C6。時(shí)效條件不同,析出相的析出行為也不同,焊縫和母材中的Nb(C,N)相對析出量曲線形狀與它們在原始組織中的含量有關(guān),M23C6主要沿晶析出,其形態(tài)由細(xì)條狀或顆粒狀向鏈球狀(長條狀或塊狀)、孤立的顆粒狀轉(zhuǎn)變,并且溫度對M23C6的影響遠(yuǎn)大于時(shí)間。
　　 試驗(yàn)條件下Super304H鋼焊接接頭的蠕變斷裂強(qiáng)度高于母材,蠕變斷口位于遠(yuǎn)離熔合線的母材上,蠕變空洞的主要形核位置在尺寸較大

7、的條塊狀。Nb(C,N)處,隨著蠕變時(shí)間的延長,晶界上M23C6也是空洞形核的主要位置。
　　 在600℃-700℃時(shí)效條件下Super304H鋼焊接接頭發(fā)生顯著的時(shí)效脆化現(xiàn)象,造成Super304H鋼焊接接頭時(shí)效脆化的根本因?yàn)槭谴罅縈23C6沿晶析出,而且析出量是決定因素。在使用溫度范圍內(nèi)時(shí)效時(shí),焊縫金屬穩(wěn)定的沖擊功僅為13J,遠(yuǎn)低于母材和熱影響區(qū)的沖擊功,因此,盡管目前的Super304H鋼選用的焊接材料與母材基本匹配,但這

8、方面依然需要運(yùn)行檢驗(yàn)或進(jìn)一步研究改進(jìn)。
　　 Super304H鋼焊接接頭在供貨狀態(tài)和焊接條件下具有優(yōu)良的抗晶間腐蝕性能。經(jīng)600℃-700℃時(shí)效后則具有較大的晶間腐蝕敏感性,時(shí)效過程中Super304H鋼焊接接頭晶間腐蝕敏感性變化與M23C6的數(shù)量、形態(tài)和分布變化相一致,M23C6沿晶界析出是Super304H鋼焊接接頭在時(shí)效條件下發(fā)生晶間腐蝕的根本因?yàn)?而且析出量是決定因素。M23C6不僅沿晶析出引起貧Cr發(fā)生晶間腐蝕,而且